Spesifikasi Teknikal LED Inframerah IR25-21C/TR8 Pakej Songsang - Pakej SMD - Cip GaAlAs - Kanta Jernih Air - Dokumen Teknikal Bahasa Melayu

1. Gambaran Keseluruhan Produk

IR25-21C/TR8 ialah diod pemancar inframerah peranti permukaan-pasang (SMD) miniatur. Ia mempunyai reka bentuk pakej songsang yang dicetak dalam plastik jernih air dengan kanta atas sfera. Fungsi utama komponen ini adalah untuk memancarkan cahaya inframerah, dengan keluaran spektrumnya khususnya dipadankan dengan fotodiod dan fototransistor silikon, menjadikannya sumber yang ideal untuk pelbagai aplikasi pengesanan.

Kelebihan utama LED ini termasuk pakej dua hujungnya yang padat, yang memudahkan pemasangan PCB dan integrasi ke dalam reka bentuk yang terhad ruang. Ia beroperasi pada voltan hadapan yang rendah, menyumbang kepada kecekapan tenaga. Peranti ini mematuhi piawaian alam sekitar dan keselamatan utama, termasuk RoHS, EU REACH, dan bebas halogen, memastikan kesesuaiannya untuk pembuatan elektronik moden.

1.1 Panduan Pemilihan Peranti

IR25-21C/TR8 tergolong dalam kategori LED Inframerah (IR). Ia menggunakan bahan cip Gallium Aluminium Arsenida (GaAlAs), yang terkenal dengan pancaran inframerah yang cekap. Kanta adalah jernih air, membenarkan penghantaran maksimum cahaya inframerah tanpa penapisan warna.

2. Spesifikasi Teknikal dan Tafsiran Objektif

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Had operasi peranti ditakrifkan di bawah suhu persekitaran standard (Ta=25°C). Melebihi penarafan ini boleh menyebabkan kerosakan kekal.

• Arus Hadapan (I_F):100 mA - Arus berterusan maksimum yang dibenarkan melalui LED.
• Voltan Songsang (V_R):5 V - Voltan maksimum yang boleh digunakan dalam arah songsang.
• Pelesapan Kuasa (P_d):120 mW - Kuasa maksimum yang boleh dipancarkan oleh pakej sebagai haba.
• Suhu Operasi (T_opr):-40°C hingga +85°C - Julat suhu persekitaran untuk operasi yang boleh dipercayai.
• Suhu Penyimpanan (T_stg):-40°C hingga +85°C - Julat suhu selamat untuk menyimpan peranti apabila tidak berkuasa.
• Suhu Pateri (T_s):260°C selama maksimum 5 saat - Suhu puncak dan tempoh yang boleh ditahan oleh LED semasa pateri reflow.

2.2 Ciri-ciri Elektro-Optik

Parameter ini diukur pada Ta=25°C dan mentakrifkan prestasi tipikal LED.

• Keamatan Sinaran (I_e):40 mW/sr (Min) @ I_F=20 mA - Ini adalah keluaran kuasa optik per unit sudut pepejal, ukuran utama kecerahan untuk sumber berarah seperti LED.
• Panjang Gelombang Puncak (λ_p):940 nm (Tip.) - Panjang gelombang di mana LED memancarkan kuasa optik paling banyak. Ini selaras dengan sensitiviti puncak pengesan foto silikon biasa.
• Lebar Jalur Spektrum (Δλ):50 nm (Tip.) - Julat panjang gelombang yang dipancarkan, diukur pada separuh keamatan puncak (Lebar Penuh pada Separuh Maksimum).
• Voltan Hadapan (V_F):1.5 V (Tip.) @ I_F=20 mA - Susut voltan merentasi LED apabila beroperasi pada arus yang ditentukan. Nilai rendah ini bermanfaat untuk litar voltan rendah.
• Sudut Pandangan (2θ_1/2):±20° (Tip.) - Rentang sudut di mana keamatan sinaran adalah sekurang-kurangnya separuh daripada keamatan puncak. Ini mentakrifkan lebar pancaran.

3. Analisis Lengkung Prestasi

Spesifikasi ini menyediakan beberapa graf yang menggambarkan kelakuan peranti di bawah keadaan yang berbeza.

3.1 Arus Hadapan vs Suhu Persekitaran

Rajah 1 menunjukkan penurunan arus hadapan maksimum yang dibenarkan apabila suhu persekitaran meningkat. Untuk mengelakkan pemanasan berlebihan, arus mesti dikurangkan apabila beroperasi di atas 25°C. Lengkung ini adalah kritikal untuk reka bentuk pengurusan haba.

3.2 Taburan Spektrum

Rajah 2 memplot keamatan relatif terhadap panjang gelombang, mengesahkan puncak pada kira-kira 940 nm dan lebar jalur ~50 nm. Padanan ini dengan responsiviti pengesan silikon (yang memuncak sekitar 900-1000 nm) memaksimumkan kekuatan isyarat dalam sistem sensor.

3.3 Keamatan Relatif vs Arus Hadapan

Rajah 3 menunjukkan hubungan antara keluaran optik dan arus pemacu. Keluaran meningkat dengan arus tetapi mungkin menjadi sub-linear pada arus yang sangat tinggi disebabkan pemanasan dan penurunan kecekapan. Beroperasi dalam julat yang disyorkan memastikan prestasi yang stabil.

3.4 Arus Hadapan vs Voltan Hadapan

Rajah 4 ialah lengkung ciri I-V. Ia menunjukkan hubungan eksponen tipikal diod. Lengkung ini menekankan kepentingan menggunakan perintang pembatas arus atau pemacu arus malar, kerana peningkatan kecil dalam voltan melebihi titik lutut menyebabkan peningkatan arus yang besar dan berpotensi merosakkan.

3.5 Sesaran Sudut

Rajah 5 memplot keamatan sinaran relatif terhadap sudut dari paksi pusat, mentakrifkan corak pancaran spatial (Lambertian atau lain-lain). Ini adalah penting untuk reka bentuk optik, menentukan bagaimana cahaya diagihkan di kawasan sasaran.

4. Maklumat Mekanikal dan Pembungkusan

4.1 Dimensi Pakej

LED mempunyai tapak kaki SMD yang padat. Dimensi utama termasuk saiz badan kira-kira 2.0mm x 1.25mm, dengan ketinggian sekitar 0.8mm. Lukisan terperinci menentukan susun atur pad, jarak terminal, dan geometri kanta. Toleransi biasanya ±0.1mm melainkan dinyatakan sebaliknya. Corak tanah yang dicadangkan (susun atur pad) disediakan untuk reka bentuk PCB tetapi harus dioptimumkan berdasarkan proses pembuatan khusus dan keperluan terma.

4.2 Pengenalpastian Polarity

Komponen ini mempunyai pakej songsang. Polarity ditunjukkan oleh tanda pada badan atau bentuk tapak kaki pakej. Orientasi yang betul adalah penting untuk operasi litar.

4.3 Dimensi Pita Pembawa

Peranti dibekalkan pada pita pembawa timbul lebar 8mm yang dililit pada gegelung diameter 7 inci. Pic pita dan dimensi poket ditentukan untuk memastikan keserasian dengan peralatan pemasangan pick-and-place automatik. Setiap gegelung mengandungi 2000 keping.

5. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

5.1 Penyimpanan dan Pengendalian

LED adalah sensitif kelembapan (MSL). Beg penghalang kelembapan yang belum dibuka mesti disimpan di bawah 30°C dan 90% RH. Setelah dibuka, "jangka hayat lantai" adalah 168 jam (7 hari) apabila disimpan pada ≤60% RH. Melebihi ini memerlukan pembakaran (contohnya, 96 jam pada 60°C) sebelum reflow untuk mengelakkan kerosakan "popcorning" semasa pateri.

5.2 Profil Pateri Reflow

Profil suhu reflow bebas plumbum (Pb-free) adalah disyorkan. Parameter utama termasuk zon pemanasan awal, kenaikan suhu beransur-ansur, suhu puncak tidak melebihi 260°C untuk maksimum 5 saat, dan fasa penyejukan terkawal. Reflow tidak boleh dilakukan lebih daripada dua kali pada peranti yang sama.

5.3 Pateri Tangan dan Kerja Semula

Jika pateri manual diperlukan, besi pateri dengan suhu hujung di bawah 350°C dan kuasa di bawah 25W harus digunakan. Masa sentuhan per terminal mestilah kurang daripada 3 saat. Untuk kerja semula, besi pateri berkepala dua dicadangkan untuk memanaskan kedua-dua terminal secara serentak dan mengelakkan tekanan mekanikal. Kesan pada ciri peranti harus disahkan selepas sebarang kerja semula.

5.4 Langkah Berjaga-jaga Kritikal

• Perlindungan Arus:Perintang siri luaran adalah wajib untuk menghadkan arus hadapan. Lengkung I-V yang curam bermaksud turun naik voltan kecil boleh menyebabkan arus berlebihan yang membawa bencana.
• Tekanan Mekanikal:Elakkan menggunakan daya pada badan LED semasa atau selepas pateri. Jangan bengkokkan PCB di sekitar LED yang dipasang.

6. Cadangan Aplikasi dan Pertimbangan Reka Bentuk

6.1 Senario Aplikasi Biasa

• Pengesan Inframerah Dipasang PCB:Digunakan sebagai sumber cahaya dalam pengesan jarak, pengesanan objek, dan pengekodan kedudukan.
• Penghalang Cahaya Miniatur/Suis Optik:Digandingkan dengan pengesan foto untuk mencipta pancaran yang boleh diganggu untuk pengiraan, langsir keselamatan, atau suis had.
• Pemacu Cakera Liut (Warisan):Secara sejarah digunakan untuk pengesanan trek.
• Pengesan Asap:Digunakan dalam pengesan jenis pengaburan di mana zarah asap menyerakkan pancaran cahaya.

6.2 Pertimbangan Reka Bentuk

• Litar Pemacu:Laksanakan sumber arus malar atau sumber voltan dengan perintang pembatas arus yang dikira dengan tepat (R = (V_bekalan- V_F) / I_F).
• Penjajaran Optik:Sudut pandangan ±20° memerlukan penjajaran yang teliti dengan pengesan penerima untuk gandingan isyarat yang optimum, terutamanya dalam aplikasi pancaran sempit.
• Pengurusan Haba:Pastikan kawasan kuprum PCB atau laluan terma yang mencukupi untuk memancarkan haba, terutamanya apabila memacu pada arus yang lebih tinggi atau dalam suhu persekitaran yang tinggi.
• Bunyi Elektrik:Dalam litar pengesan analog yang sensitif, pertimbangkan untuk melindungi atau memodulasi isyarat pemacu LED untuk membezakannya daripada cahaya persekitaran dan bunyi elektrik.

7. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Berbanding dengan LED inframerah standard, pakej songsang IR25-21C/TR8 menawarkan profil yang berpotensi lebih rendah dan corak sinaran yang berbeza. Pembeza utamanya ialah padanan spektrum khusus dengan silikon, yang boleh menghasilkan nisbah isyarat-ke-bunyi yang lebih tinggi dalam sistem pengesan daripada LED dengan panjang gelombang luar puncak. Pematuhan kepada piawaian bebas halogen dan alam sekitar moden menjadikannya sesuai untuk inisiatif elektronik hijau.

8. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

8.1 Mengapakah perintang pembatas arus amat diperlukan?

Ciri I-V eksponen diod bermaksud bahawa melebihi lutut voltan hadapan (sekitar 1.5V), arus meningkat secara mendadak dengan peningkatan voltan yang minimum. Tanpa perintang untuk menetapkan titik operasi, variasi bekalan kuasa kecil atau perubahan suhu boleh menolak arus melebihi maksimum 100mA, serta-merta memusnahkan LED.

8.2 Apakah maksud "padanan spektrum dengan pengesan foto Si"?

Fotodiod dan fototransistor berasaskan silikon mempunyai lengkung responsiviti khusus; mereka paling sensitif kepada cahaya sekitar 800-1000 nm. Pancaran puncak LED ini pada 940 nm jatuh terus dalam kawasan sensitiviti tinggi ini, memastikan pengesan menukar jumlah maksimum kuasa optik LED kepada arus elektrik, meningkatkan kecekapan dan julat sistem.

8.3 Betapa kritikalnya jangka hayat lantai 168 jam?

Ia amat kritikal untuk pemasangan yang boleh dipercayai. Kelembapan yang diserap ke dalam pakej plastik boleh mengewap dengan cepat semasa proses pateri reflow suhu tinggi, menyebabkan pengelupasan dalaman, retakan, atau kerosakan wayar ikatan ("popcorning"). Mematuhi jangka hayat lantai atau melakukan pembakaran yang betul menghalang mod kegagalan ini.

9. Contoh Kes Penggunaan Praktikal

Mereka Bentuk Pengira Lembaran Kertas:Dalam mesin pejabat, IR25-21C/TR8 boleh dipasang pada satu sisi laluan kertas, menghadap terus ke fototransistor di sisi lain. Apabila tiada kertas, pancaran inframerah mencapai pengesan, menjana isyarat tinggi. Apabila sehelai kertas melalui, ia mengganggu pancaran, menyebabkan isyarat pengesan turun. Peristiwa ini dikira oleh mikropengawal. Panjang gelombang 940nm tidak kelihatan dan tidak terjejas oleh cahaya bilik persekitaran. Voltan hadapan rendah membolehkan sistem dikuasakan oleh bekalan logik 3.3V atau 5V, dengan perintang siri mudah (contohnya, (5V - 1.5V)/0.02A = 175Ω) menetapkan arus LED kepada 20mA yang selamat.

10. Pengenalan Prinsip Operasi

Diod Pemancar Cahaya Inframerah (IR LED) ialah diod simpang p-n semikonduktor. Apabila pincang hadapan, elektron dari kawasan-n dan lubang dari kawasan-p disuntik ke kawasan simpang. Apabila pembawa cas ini bergabung semula, mereka membebaskan tenaga. Dalam sistem bahan GaAlAs, tenaga ini dibebaskan terutamanya sebagai foton (zarah cahaya) dalam spektrum inframerah (panjang gelombang lebih panjang daripada cahaya merah yang boleh dilihat, biasanya 700nm hingga 1mm). Komposisi khusus lapisan Gallium, Aluminium, dan Arsenida menentukan panjang gelombang pancaran puncak. Pakej epoksi jernih air bertindak sebagai kanta, membentuk cahaya yang dipancarkan menjadi corak pancaran yang ditakrifkan.

11. Trend dan Perkembangan Industri

Trend dalam optoelektronik untuk pengesanan terus ke arah miniaturisasi, kecekapan lebih tinggi, dan integrasi. Walaupun LED diskret seperti IR25-21C/TR8 kekal penting untuk fleksibiliti dan prestasi, terdapat pasaran yang semakin berkembang untuk modul sensor bersepadu yang menggabungkan pemancar, pengesan, dan litar penyelarasan isyarat dalam satu pakej. Modul ini memudahkan reka bentuk tetapi mungkin menawarkan pengoptimuman yang kurang untuk aplikasi khusus. Trend lain ialah permintaan untuk modulasi kelajuan lebih tinggi untuk aplikasi komunikasi data (seperti alat kawalan jauh IR), yang memerlukan LED dengan masa naik/turun yang cepat. Pematuhan alam sekitar (RoHS, REACH, bebas halogen) telah menjadi keperluan standard dan bukannya pembeza. Teknologi asas untuk pancaran inframerah yang cekap terus diperhalusi, dengan penyelidikan ke dalam sistem bahan baru seperti InGaN untuk julat panjang gelombang yang berbeza.